Apresentação da Disciplina 4. Módulo I Módulo II Módulo III Módulo IV 58-76

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3 Apresentação da Disciplina __________________________________________4 Módulo I ___________________________________________________ 6 – 23 Módulo II __________________________________________________ 26 – 38 Módulo III __________________________________________________41 – 56 Módulo IV __________________________________________________ 58 - 76

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Caro aluno,

Pretendo que a disciplina Sistemas de Admissão e de Escapamento seja um

instrumento que ofereça a você o conhecimento dos diversos tipos e admissão de ar utilizados nos motores convencionais e nos motores à ração, bem como os tipos de escapamento que também são instalados nestes motores. Você conhecerá a sua finalidade e constituição.

O sistema de escapamento nos motores convencionais possui uma função muito diferente em relação aos motores à reação. Este sistema serve mais para limpeza dos cilindros do motor jogando os gases nocivos da queima para fora no ambiente, numa posição que não afete a estrutura da aeronave e não contamine os ocupantes da mesma.

Esta disciplina está dividida em quatro módulos:

No módulo I iremos falar sobre o Sistema de Admissão dos Motores Convencionais. Neste módulo você irá conhecer os componentes que fazem parte deste sistema, algumas falhas que podem ocorrer, as suas prováveis causas e como corrigir as mesmas.

No módulo II iremos falar sobre o Sistema de Superalimentação. Você aprenderá a finalidade deste sistema em um motor convencional, como são utilizados, as principais panes que podem

ocorrer nos mesmos e as ações para correção.

No módulo III iremos falar sobre os Sistemas de Admissão dos Motores à Reação. Você conhecerá os tipos de admissão de acordo com o tipo de motor e as diferenças entre eles.

No módulo IV iremos falar sobre as práticas de manutenção do sistema de escapamento do motor convencional, sobre reversor e empuxo, supressores de ruído e dissipadores de vortex. Peço a você que leia a apostila com muita atenção para que você possa atingir os objetivos

desta matéria. Conte comigo para tirar todas as suas dúvidas. Estarei à sua disposição através dos meios de comunicação que a escola irá disponibilizar a você.

Bons estudos.

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Fonte: FAA - Aviation Maintenance Technician Handbook – Powerplant - Volume 1

MÓDULO I

SISTEMA DE ADMISSÃO DE MOTORES CONVENCIONAIS

INTRODUÇÃO

Caro aluno,

No decorrer deste módulo você verá o sistema de admissão em um motor convencional. Trataremos aqui, os componentes que fazem parte deste sistema, as unidades adicionais, a inspeção e ações de manutenção das principais falhas que possam vir a ocorrer neste sistema. Falaremos também a respeito dos motores superalimentados.

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6 1.1 SISTEMA DE ADMISSÃO DOS MOTORES CONVENCIONAIS (ALTERNATIVOS)

O sistema de admissão de um motor convencional de aeronave consiste em: um carburador; uma tomada de ar (ou duto que conduz o ar ao carburador); e uma tubulação de admissão. Essas unidades formam um longo canal curvo, que conduz o ar e a mistura ar/combustível aos cilindros.

Esses 3 componentes, que compõem um sistema de admissão típico, são geralmente suplementados por um sistema indicador e por uma unidade de controle de temperatura, apresentados na forma de uma válvula de ar alternativa e de uma fonte de aquecimento do carburador. Adicionalmente pode haver um sistema para compressão da mistura ar/combustível.

Muitos motores instalados em aeronaves leves não usam qualquer tipo de compressor ou superalimentador, porém os sistemas de admissão para motores convencionais podem ter uma classificação genérica de motores superalimentados ou não.

Sistemas de Admissão de Motores não Superalimentados

O motor não superalimentado é comumente utilizado em aeronaves leves. O sistema de admissão desses motores pode ser equipado com um carburador ou com sistema de injeção de combustível.

Se for usado um carburador, esse poderá ser do tipo boia ou do tipo pressão. Utilizando a injeção de combustível, esta normalmente será de fluxo constante (por gravidade) ou de alimentação por pressão (pulsed system).

A Figura 2-1 mostra o diagrama de um sistema de admissão em um motor não superalimentado, equipado com um carburador.

Nesse sistema de admissão, o ar frio para o carburador é admitido pelo bordo de ataque da carenagem do nariz, abaixo do cone da hélice e é conduzido através de um filtro de ar até os dutos de alimentação do carburador.

Há no carburador uma válvula, que permite buscar o ar de uma fonte de aquecimento, impedindo a formação de gelo.

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Figura 2-1 Sistemas de admissão, não superalimentado, usando um carburador.

A válvula de ar frio admite o ar pela tomada externa para a operação normal e é controlada da cabine de comando. A válvula de ar quente admite o ar do compartimento do motor para a operação em condições, onde há formação de gelo e carga de mola para a posição "fechada".

Quando a porta do ar frio é fechada, a seção do motor abre uma válvula de ar quente, que tem carga de mola. Caso haja retorno de chama, enquanto a válvula de ar quente estiver aberta, a tensão da mola fecha a válvula para impedir que as chamas saiam do compartimento do motor.

O filtro de ar do carburador está instalado na tomada de ar em frente ao duto. Sua finalidade é impedir que a poeira ou outros materiais estranhos entrem no motor através do carburador. O filtro de ar consiste em uma armação de liga de alumínio e numa tela de trama bem fechada, para proporcionar o máximo de área de filtragem do fluxo de ar. Os dutos de ar do carburador consistem em dois dutos, um que é fixo e rebatido à carenagem do nariz e outro flexível entre o fixo e a válvula de ar do carburador.

Os dutos de ar do carburador permitem a passagem de ar externo, ou seja, de ar frio para dentro do carburador.

O ar entra no sistema através de uma tomada de ar de impacto. A abertura dessa tomada de ar está localizada na corrente de ar pressurizada pela hélice, de modo a forçá-lo para dentro do sistema de admissão, dando-lhe um efeito de ar de impacto.

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O ar passa através dos dutos para o carburador, este mede o combustível em proporção ao ar admitido e mistura o ar com a quantidade correta de combustível. Da cabine de voo pode-se controlar o carburador na regulagem do fluxo de ar.

O sistema de indicação de temperatura de ar mostra a temperatura do ar medida na entrada do carburador. Se o sensor (bulbo) estiver ao lado do motor e próximo ao carburador, o sistema medirá a temperatura da mistura ar/combustível.

Unidades Adicionais do Sistema de Admissão

As unidades do sistema de admissão típico, como o anteriormente descrito, atendem às necessidades do motor no que se refere à sua capacidade de produzir força.

Existem duas unidades adicionais que não acrescentam nada que auxilie o motor a fazer o seu trabalho, mas que são vitais para que haja uma operação eficiente: uma unidade é o pré-aquecedor e a outra é o degelo com fluido.

A formação de gelo no sistema de admissão pode ser impedida ou eliminada pelo aumento da temperatura do ar que passa através do sistema. Isso é conseguido, utilizando-se de um pré-aquecedor localizado no início da linha, próximo à entrada do sistema de admissão e à frente, portanto, das perigosas zonas de formação de gelo.

O calor é usualmente obtido através da abertura de uma válvula de controle, que permite ao ar quente circular no compartimento do motor, atingindo o sistema de admissão. Quando há perigo de formação de gelo no sistema de admissão, deve-se mover o dispositivo de controle na cabine de voo para a posição "hot", até que seja obtida uma temperatura de ar no carburador, capaz de proporcionar a proteção necessária.

Obstrução da borboleta por gelo ou qualquer formação de gelo que restrinja a passagem do fluxo de ar ou reduza a pressão nos dutos, pode ser removida pelo uso de calor em todo carburador.

Se o calor obtido no compartimento do motor for suficiente e a sua aplicação for rápida, o gelo será eliminado em questão de poucos minutos. Caso a temperatura no compartimento do motor não seja alta o suficiente para combater o gelo, a capacidade de pré-aquecimento pode ser aumentada fechando-se os flapes de capota e elevando a potência do motor. Isto, entretanto, pode mostrar-se ineficiente se a formação de gelo tiver progredido demais, quando então, a perda de potência tornará impossível gerar calor suficiente para a remoção do gelo.

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O uso inadequado do aquecimento do carburador pode ser tão perigoso quanto uma grande formação de gelo nos sistemas de admissão. O aumento da temperatura do ar faz com que este se expanda e perca a densidade. Esta ação faz com que se reduza o peso da carga entregue ao cilindro, levando a uma sensível perda de potência devido à eficiência volumétrica diminuída. Além disso, a alta temperatura do ar de entrada pode causar detonação e falha do motor, especialmente durante a decolagem e em operação com alta potência. Portanto, durante todas as fases de operação do motor, a temperatura do carburador deve ser capaz de proporcionar o máximo de proteção contra a formação de gelo e detonação.

Quando não há perigo de formação de gelo, o controle de calor é normalmente mantido na posição "cold". Será melhor deixar o controle nessa posição, se houver partículas de neve seca ou de gelo no ar. O uso do calor poderá derreter o gelo e a umidade resultante poderá concentrar-se e congelar nas paredes do sistema de admissão.

Para impedir que haja danos às válvulas do aquecedor no caso de retorno de chama, os aquecedores do carburador não deverão ser utilizados durante a partida do motor.

Do mesmo modo, durante a operação no solo deve-se utilizar o calor do carburador apenas na quantidade suficiente que permita uma operação suave do motor. O medidor de temperatura do ar de entrada do carburador deve ser monitorado para que se tenha certeza de que não foi excedido o valor máximo especificado pelo fabricante do motor.

Em algumas aeronaves, o sistema básico de degelo é suplementado por um sistema de degelo fluido. Esse sistema auxiliar consiste em um tanque, uma bomba, bicos de vaporização adequados instalados no sistema de admissão e de uma unidade de controle na cabine de voo. Tal estrutura destina-se a eliminar o gelo, sempre que o calor do compartimento do motor não for alto o suficiente para prevenir sua remoção.

O uso de álcool como agente descongelante tende a enriquecer a mistura de combustível e em regime de alta potência esse leve enriquecimento é desejável. Por outro lado, em regime de baixa potência, o uso do álcool poderá super enriquecer a mistura. Por esta razão, a aplicação de álcool deverá ser feita com muito cuidado.

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10 1.2 FORMAÇÃO DE GELO NO SISTEMA DE ADMISSÃO

Uma breve explicação a respeito da formação e dos pontos onde ocorre a formação de gelo no sistema de admissão tem utilidade para o mecânico (figura 2-2), muito embora normalmente ele não esteja concentrado em operações que ocorram quando a aeronave está em voo.

Figura 2-2 Tipos de gelo no sistema de admissão.

O mecânico deve saber alguma coisa sobre a formação de gelo no sistema de admissão, principalmente por causa do seu reflexo no desempenho do motor.

Mesmo quando a inspeção mostra que tudo está funcionando corretamente, o gelo no sistema de admissão pode levar um motor a falhar e perder potência no ar, ainda que o motor trabalhe perfeitamente no solo. Muitos problemas com motores, comumente atribuídos a outros motivos são, na verdade, causados pela formação de gelo no sistema de admissão.

A formação de gelo no sistema de admissão é um problema operacional perigoso, porque é capaz de cortar o fluxo da carga de ar/combustível ou variar a razão de proporção entre ar e combustível.

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O gelo pode se formar no sistema de admissão enquanto a aeronave está voando em nuvens, neblina, chuva, granizo, neve ou até mesmo em céu claro em que o ar tenha uma alta taxa de umidade.

A formação de gelo no sistema de admissão é geralmente classificada em três tipos: gelo de impacto, gelo da evaporação de combustível e gelo na válvula de aceleração.

Para que se entenda porque a operação com potência reduzida leva à formação de gelo, é preciso que se examine a área de produção de forças durante a operação.

Quando a borboleta é colocada em uma posição parcialmente fechada causa, na verdade, uma limitação da quantidade de ar disponível para o motor. O ângulo de planeio, que permite que uma hélice de passo fixo gire em cata-vento, faz com que o motor consuma maior quantidade de ar que o seu normal, agravando, desta forma, a falta de ar atrás da borboleta.

Sob tais circunstâncias, a borboleta parcialmente fechada imprime ao ar que passa por ela, uma velocidade muito maior que a normalmente verificada naquele ponto, produzindo assim, uma área de pressão extremamente baixa. A área de baixa pressão diminui a temperatura do ar em torno das válvulas de aceleração, pela mesma lei física que eleva a temperatura do ar quando este é comprimido.

Se a temperatura do ar cair abaixo do ponto de congelamento e houver presença de umidade, o gelo se formará nas pás da borboleta e nas unidades próximas, do mesmo modo que o gelo de impacto se forma em unidades expostas a temperaturas abaixo do ponto de congelamento.

O gelo na borboleta de aceleração pode ser minimizado em motores equipados com hélices de passo variável, por meio do uso de uma pressão efetiva média ao freio (BMEP-brake mean effective pressure) maior que a normal, aplicada à baixa potência.

A BMEP alta reduz a tendência de formação de gelo, porque uma grande abertura da borboleta com uma baixa r.p.m. do motor, remove parcialmente a obstrução que reduz a temperatura, oferecida pela operação com potência reduzida.

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Filtragem no Sistema de Admissão

Enquanto a poeira é meramente um incômodo para a maioria das pessoas, para o motor de uma aeronave torna-se uma fonte de sérios problemas. A poeira consiste em partículas de material sólido e abrasivo, que pode ser carregado para dentro dos cilindros do motor pelo mesmo ar que é aspirado. Pode formar-se acúmulo de poeira também nos elementos medidores de combustível do carburador, alterando a proporção adequada entre o fluxo de ar/combustível, em todos os regimes de potência.

A poeira pode atuar nas paredes do cilindro, desgastando as superfícies e os anéis do pistão. Com isso, acaba por contaminar o óleo que é passado pelo motor, provocando o desgaste dos rolamentos e engrenagens. Em casos extremos, a poeira pode bloquear uma passagem de óleo, causando danos por falta de lubrificação.

Uma quantidade de poeira já foi encontrada em voo, sendo o suficiente para prejudicar a visibilidade do piloto. Em algumas partes do mundo a poeira pode ser carregada para altitudes extremamente elevadas. Uma operação continuada sob tais condições, sem contar com a proteção para o motor, resultará em um desgaste excessivo, ocasionando um grande consumo de óleo.

Quando for necessária a operação em atmosfera onde tiver poeira, o motor pode ser protegido por uma tomada de ar alternativa para o sistema de admissão, a qual inclui um filtro para poeira.

Esse tipo de filtro de ar consiste normalmente em um elemento filtrante, de uma porta e de um atuador, operados eletricamente. No momento em que o sistema de filtragem está em funcionamento, o ar é conduzido ao motor através de um painel com aletas que não está voltado diretamente para a corrente de ar. Por causa da localização da entrada de ar, uma quantidade considerável de poeira é removida na medida em que o ar é forçado a mudar o seu curso, entrando no duto.

Uma vez que as partículas de poeira são sólidas, têm a tendência de continuar a trajetória em linha reta. As partículas de poeira, que por ventura são levadas para dentro das aletas são facilmente removidas pelo filtro.

Em voo, estando os filtros em funcionamento, há que se considerar todas as possíveis condições em que possa ocorrer a formação de gelo, seja pelo seu acúmulo em superfícies, ou por congelamento do filtro, que venha a ser encharcado por água de chuva.

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Algumas instalações apresentam o filtro equipado com uma porta movida por carga de mola, que automaticamente passa à posição aberta quando o filtro fica excessivamente bloqueado. Isto impede que o fluxo de ar seja interrompido quando ocorrer o bloqueio do filtro por formação de gelo ou acúmulo de sujeira. Outros sistemas utilizam uma proteção contra gelo instalada na entrada do ar filtrado.

Essa proteção contra gelo consiste em uma tela grossa, áspera, localizada a uma pequena distância do ar filtrado. Nessa posição, a tela do filtro fica instalada diretamente na trajetória do ar que está sendo aspirado, forçando-o a passar através, ou em torno da tela. Quando se forma gelo na tela, o ar, que perdeu suas partículas pesadas de umidade, passará contornando a tela congelada, entrando no filtro. A eficiência de qualquer sistema de filtro depende de sua manutenção e serviços adequados. A remoção e limpeza periódica do filtro são essenciais para que se proporcione ao motor uma proteção satisfatória.

1.3 INSPEÇÃO E MANUTENÇÃO DO SISTEMA DE ADMISSÃO

Durante todas as inspeções periódicas de rotina do motor, o sistema de admissão deve ser checado para constatar a existência ou não de rachaduras e vazamentos. Deve ser verificada a segurança da instalação de suportes em todas as unidades do sistema.

O sistema deve ser mantido limpo, uma vez que fibras de tecidos ou pedaços de papel podem vir a restringir o fluxo de ar, se entrar nas tomadas de ar ou dutos.

Parafusos e porcas frouxos podem também causar sérios danos se passarem para dentro do motor.

Em sistemas equipados com filtro de ar do carburador, deve haver uma inspeção regular do filtro.

Se estiver sujo ou sem a película de óleo adequada, o filtro deve ser removido e limpo. Depois de seco, ele é geralmente imerso em uma mistura de óleo e composto anti-ferrugem. O fluido em excesso é então drenado antes de proceder à reinstalação do filtro. CAUSA PROVÁVEL 1. Falha na partida do motor

Pesquisa de Panes no Sistema de Admissão

O quadro seguinte fornece uma orientação geral referente às panes mais comuns no sistema de admissão.

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Fonte: IAC – Instituto de Aviação Civil – Divisão de Instrução Profissional

Sistemas de Admissão Superalimentados

As superalimentações utilizadas no sistema de admissão dos motores convencionais são normalmente classificadas em superalimentação externa ou interna (motores turboalimentados). Os superalimentadores internos comprimem a mistura ar/combustível, após esta ter deixado o carburador. Já nos motores turboalimentados o ar é comprimido, antes de ser misturado ao combustível dosado pelo carburador.

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Cada aumento na pressão do ar ou na pressão da mistura ar/combustível em um sistema de admissão significa um estágio.

Os superalimentadores podem ser classificados como sendo de estágio único, de dois estágios, ou de múltiplos estágios, dependendo do número de vezes em que ocorrer compressão. Os superalimentadores também podem operar em diferentes velocidades. Dessa forma, podem também ser denominados superalimentadores de velocidade única, de duas velocidades, ou de velocidade variável.

A combinação dos métodos de classificação produz a nomenclatura normalmente empregada para que se descrevam os sistemas de superalimentação.

Assim, a partir de um sistema de velocidade única, que opera a uma razão fixa de velocidade, é possível progredir para um sistema de estágio único com duas velocidades engatadas selecionadas mecanicamente, ou de um superalimentador de estágio único com engate de velocidade hidráulico.

Muito embora os sistemas de dupla velocidade ou os de velocidade múltipla permitam uma variação da pressão de saída, o sistema ainda permanece classificado como de estágio único de compressão, se este apresentar apenas um estágio de turbina, uma vez que isto implica num aumento ou decréscimo de compressão obtido por vez.

1.4 TURBOALIMENTADORES ACIONADOS INTERNAMENTE

Os turboalimentadores são quase que, exclusivamente, utilizados por motores aspirados de alta potência. Excetuando-se a construção e a disposição dos vários tipos de superalimentadores, os sistemas de admissão com turboalimentadores são quase idênticos. O motivo para esta similaridade está no fato de todos os motores de aeronaves modernas requererem o mesmo controle de temperatura do ar, para que possam produzir uma boa combustão nos cilindros do motor.

Por exemplo, a temperatura da carga de ar deve estar suficientemente aquecida para assegurar uma completa vaporização do combustível e assim sua distribuição uniforme. Contudo, não deve estar tão quente que venha a reduzir a eficiência volumétrica ou causar detonação do combustível.

Na presença desses requisitos, todos os sistemas de admissão que utilizem turboalimentadores devem incluir dispositivos sensores de temperatura e pressão e as unidades necessárias para aquecer ou resfriar o ar.

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Sistemas Turbo Alimentados de Estágio Único

O sistema de admissão simples, mostrado na Figura 2-3, é utilizado para explicar a localização das unidades e a passagem do ar e da mistura ar/combustível. O ar entra no sistema através da tomada de ar de impacto. A abertura dessa tomada de ar está localizada para que o ar seja forçado a entrar no sistema de admissão, produzindo um efeito de ar de impacto.

Figura 2-3 Sistemas simples de admissão.

O ar passa através de dutos para o carburador, que mede o combustível em proporção ao ar, misturando-o com uma quantidade correta de combustível. O carburador pode ser controlado da cabine de comando, para que regule o fluxo de ar. Desta forma, pode ser controlada a potência de saída produzida pelo motor.

O medidor de pressão da admissão avalia a pressão da mistura ar/combustível antes que esta entre nos cilindros, passando uma indicação do desempenho que pode ser esperado do motor.

O indicador da temperatura do ar do motor mede tanto a temperatura de ar de entrada quanto à temperatura da mistura de ar/combustível.

Tanto a indicação da temperatura do ar de entrada quanto a da mistura servem como parâmetro para que a temperatura da carga de ar admitido seja mantida dentro dos limites de segurança.

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Se na entrada do carburador a temperatura do ar admitido estiver a 100ºF, ocorrerá uma queda de temperatura de aproximadamente 50ºF devido à vaporização parcial do combustível que sai pelo pulverizador do carburador. Quando acontece a vaporização parcial, a temperatura do ar cai devido à absorção do calor pelo combustível vaporizado. A vaporização final acontece no momento em que a mistura ar/combustível entra nos cilindros, onde encontra uma temperatura mais alta.

Figura 2-4 Impulsor de distribuição usando um motor radial.

O combustível, agora pulverizado na corrente de ar que flui dentro do sistema de admissão, está em forma globular (gotículas).

O problema a ser resolvido, então, é o de separar e distribuir uniformemente o combustível remanescente, em forma globular, aos vários cilindros.

Em motores equipados com um grande número de cilindros, a distribuição uniforme da mistura torna-se um problema ainda maior, especialmente em altas velocidades do motor, quando deve haver um aproveitamento total da grande capacidade de ar.

Um método de melhorar a distribuição de combustível é mostrado na Figura 2-4. Trata-se de um dispositivo conhecido por impulsor de admissão.

O impulsor é acoplado diretamente à haste posterior do eixo de manivelas, preso por parafusos ou pinos.

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Uma vez instalado na ponta do eixo de manivelas e operando a mesma velocidade do eixo, o impulsor não tem o papel de materialmente aumentar a pressão da mistura que flui aos cilindros, porém o combustível remanescente, ainda em forma globular, será dividido em partículas menores ao chocar-se com o impulsor, passando a entrar em contato com uma maior porção do ar admitido.

Isso, consequentemente, criará uma mistura mais homogênea com uma melhor distribuição aos vários cilindros, especialmente quando houver aceleração do motor, ou em situações em que prevalecerem as baixas temperaturas.

Fonte: BRASIL. IAC – Instituto de Aviação Civil. Divisão de Instrução Profissional

Figura 2-5 Difusor superalimentado (tipos seção aleta e aerofólio).

Quando houver necessidade de uma pressão maior na mistura ar/combustível, que se encontra no sistema de admissão, para que os cilindros fiquem melhor carregados, o difusor (ou blowersection) contará com um impulsor de alta velocidade.

Diferente do impulsor de distribuição, que é conectado diretamente ao eixo de manivelas, o superalimentador (ou blowerimpeller) é acionado por um conjunto de acionamento que se origina no eixo de manivelas.

O difusor tipo Venturi apresenta superfícies lisas, às vezes com secções onde existem maiores ou menores restrições (afunilamento) que produzem o formato geral de um tubo de Venturi, entre as extremidades do impulsor e a secção anular da tubulação.

Esse tipo de difusor tem sido mais amplamente utilizado em motores de média potência, ou nos superalimentados ou ainda naqueles que tenham que trabalhar com menores volumes de misturas e, onde a turbulência da mistura entre as extremidades e a câmara da tubulação não seja crítica.

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Em motores de grande volume, variando de 450 hp para mais, nos quais o volume da mistura tenha que ser trabalhado em velocidades mais altas e a turbulência é o fator mais importante, são mais utilizados os difusores do tipo aleta ou aerofólio.

A secção de aletas ou de aerofólio torna o fluxo de ar mais reto dentro da câmara difusora, para que se imprima aos gases um fluxo mais eficiente.

As tubulações de admissão em modelos de motores mais antigos estendiam-se em linha reta desde o anel de alimentação até o ponto de entrada no cilindro.

Em projetos mais recentes, os tubos de admissão estendem-se do anel em uma tangente, apresentando uma curvatura enquanto segue em direção ao ponto de entrada do cilindro, a qual também recebeu um formato aerodinâmico, tornando mais eficiente o fluxo de gases que entram. Isto reduz a turbulência ao mínimo.

Este tem sido um dos métodos importantes de conseguir aumento da capacidade de admissão de ar ou de volume de ar que um determinado tipo de motor possa requerer. Os aumentos na eficiência do superalimentador têm sido um dos principais fatores que contribuem para o aumento da potência produzida pelos motores modernos.

A razão de torque do conjunto de engrenagens do impulsor varia aproximadamente 6:1 até 12:1.

A velocidade do impulsor instalado em um motor, tendo 10:1 de razão de torque do conjunto e engrenagens e operando a 2.600 r.p.m. seria de 26.000 r.p.m.

Isto requer que a unidade impulsora seja uma peça cuidadosamente desenhada e construída, com alto grau de tolerância de forjamento e geralmente feita de liga de alumínio.

Por causa do alto grau de torque dos conjuntos de acionamento, criam-se forças de aceleração e desaceleração consideráveis quando a velocidade do motor é aumentada ou diminuída rapidamente, exigindo que o impulsor seja travado em seu eixo.

Além disso, é preciso que entre o eixo de manivelas e o impulsor seja incorporado ao conjunto de acionamento algum dispositivo antichoque ou com carga de mola.

Geralmente existe uma vedação de óleo (selo) em torno do eixo do impulsor logo à frente da unidade impulsora. As funções da vedação do selo nessa unidade são as de minimizar a passagem de óleo lubrificante e de vapores, que possam vir da caixa do eixo de manivelas para dentro da câmara difusora quando o motor estiver em marcha lenta, e também, de minimizar o vazamento da mistura ar/combustível quando a pressão exercida sobre a mistura for maior em regime de potência total (de acelerador aberto).

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O espaçamento entre a seção do difusor e o impulsor será obtido pela variação do comprimento do selo de óleo, ou da espessura dos espaçadores, comumente chamados de calços. É preciso que haja pouco espaçamento para que seja dada a maior compressão possível à mistura como também para eliminar, tanto quanto for possível, o vazamento em torno das superfícies dianteira e posterior do impulsor.

Os conjuntos de eixo intermediário de acionamento podem ser montados sobre uma cabeça esférica antiatrito ou sobre rolamentos ou buchas de atrito.

O eixo do impulsor e a engrenagem são geralmente forjados integralmente em aço de alto grau de tolerância. A extremidade do eixo que se liga ao impulsor é chavetada para proporcionar uma superfície de acionamento maior possível.

O eixo intermediário, as engrenagens grandes e pequenas também formam uma única peça. Ambas as unidades são mantidas com limites dinâmicos ou equilíbrio de funcionamento bastante próximas, devido às altas velocidades e esforços envolvidos.

Sistemas Super Alimentadores de Estágio Único e Duas Velocidades

Alguns motores de aeronave são equipados com superalimentadores, acionados internamente, que são sistemas de estágio único e duas velocidades. Em tais sistemas, o impulsor pode ser acionado em duas velocidades diferentes por meio de embreagens. Esta unidade é equipada com um dispositivo que permite acionar o impulsor diretamente do eixo de manivelas a uma razão de torque de 10:1, ação esta que é realizada ao mover-se o controle correspondente na cabine de voo, desta forma aplicando pressão de óleo através da embreagem de alta velocidade, travando com isso todo o conjunto de embreagens intermediárias.

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Figura 2-6 Diagrama de superalimentador de duas velocidades, em alta razão.

Tal operação é conhecida pelo nome de "high blower", sendo empregada acima de uma altitude especificada entre 7.000 e 12.000 pés.

Abaixo desses níveis, o controle é posicionado para liberar a pressão da embreagem de alta velocidade e aplicá-la à de baixa velocidade. Isto trava o pinhão sol da engrenagem planetária pequena.

O impulsor é, então, acionado pelo conjunto de eixo e de aranha, onde os pinhões planetários giram por ação de uma grande alavanca em cotovelo. Neste caso, o impulsor é acionado a uma razão de 7:1 relativa à velocidade do eixo de manivela (ver figura 2-7). Essa condição é chamada "lowblower", e é utilizada durante a decolagem e em todas as altitudes, abaixo daquelas em que se obtenha maior eficiência com "high blower".

Combustível de maior graduação deve ser usado para suportar as pressões adicionais e, em alguns casos, temperaturas mais altas são criadas na câmara de combustão em consequência da alimentação de combustível mais completa sendo entregue ao cilindro.

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Figura 2-7 Diagrama de superalimentador, de duas velocidades, em baixa.

O acréscimo dessa unidade também complica a operação do grupo motopropulsor, porque este passa a requerer mais atenção e acrescenta mais variáveis que devem ser controladas. Outro exemplo de sistema superalimentador de dois estágios e duas velocidades é mostrado na figura 2-8, onde as seções da ventoinha e da intermediária posterior estão abertas para mostrar sua construção interna.

Nesse exemplo, a carcaça da ventoinha serve de suporte para o motor na aeronave. Sua circunferência externa apresenta oito peças de apoio para os suportes de montagem do motor.

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Figura 2-8 Compressor e seções intermediárias e traseira.

Uma camisa no centro da carcaça acomoda os anéis de vedação de óleo, que se encontram no suporte frontal de anéis do eixo do impulsor. A carcaça da ventoinha abriga o impulsor que é acionado por embreagens à razão de 7,15 ou 8,47 vezes a velocidade do eixo de manivelas. Um canal anular em torno da carcaça leva a mistura de ar e combustível do impulsor aos 14 pontos de saída da carcaça.

Conectado a cada uma dessas saídas, encontra-se um tubo de admissão, através do qual a mistura ar/combustível prossegue em direção à válvula de admissão do respectivo cilindro.

1.5 SUPERALIMENTADORES ACIONADOS EXTERNAMENTE

Os superalimentadores acionados externamente destinam-se a entregar ar comprimido à entrada do carburador ou da unidade de controle de ar/combustível de uma aeronave. Esses superalimentadores retiram sua força da energia dos gases de escapamento do motor, direcionados contra algum tipo de turbina. Por este motivo, são comumente chamados turbosuperalimentadores.

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24 BRASIL. IAC – Instituto de Aviação Civil. Divisão de Instrução Profissional Matérias Básicas, tradução do AC 65-9A do FAA (Airframe & Powerplant Mechanics-General Handbook). Edição Revisada 2002.

No próximo módulo, você irá conhecer o sistema de Turbosuperalimentadores para motores convencionais que são instalados em aeronaves que voam em grandes altitudes. Espero você! ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________

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MÓDULO II

SISTEMA DE TURBOSUPERALIMENTADORES

INTRODUÇÃO

Caro aluno,

No módulo anterior nosso olhar esteve voltado para sistema de admissão dos motores convencionais, para os componentes que fazem parte da sua constituição, a panes que possam vir a ocorrer no mesmo e como corrigi-las.

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Neste módulo você irá conhecer o sistema de Turbosuperalimentadores para motores convencionais que são instalados em aeronaves que voam em grandes altitudes.

Vamos lá!

2.1 SISTEMA DE TURBOSUPERALIMENTADOR PARA GRANDES MOTORES CONVENCIONAIS

Em aeronaves que voam a grandes altitudes, o superalimentador interno é suplementado por um turbosuperalimentador externo, acionado por uma porção dos gases de escapamento do motor da aeronave.

Esse tipo de superalimentador é montado à frente do carburador, conforme mostra a figura 2-10, para que possa pressurizar o ar na entrada do carburador. Se a pressão do ar, que está entrando no carburador, é mantida a uma densidade próxima a do nível do mar durante a subida da aeronave para altitude, não haverá nenhuma perda de potência como ocorre em aeronaves não equipadas com turbos. Entretanto, esse tipo de superalimentador impõe certas condições ao sistema de admissão, as quais não são necessárias em outras instalações de superalimentadores.

Na medida em que o ar se desloca através do turbo, sofre um aumento de temperatura causado pela compressão.

Se a massa de ar quente não for adequadamente resfriada antes de atingir o superalimentador interno, o segundo estágio de superalimentação produzirá na massa de ar uma temperatura final excessivamente elevada. O ar, nos sistemas de admissão equipados com turbos, é feito por um resfriador intermediário (figura 2-10), assim chamado porque resfria a massa de ar entre os estágios de compressão, ao invés de fazê-lo somente após o último estágio.

O ar quente flui através dos tubos desse resfriador intermediário, de um modo semelhante ao fluxo da água dentro do radiador de um automóvel.

Uma massa de ar fria externa, separada da massa de ar quente, é coletada e conduzida ao resfriador intermediário para que flua sobre os tubos, resfriando-os.

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Figura 2-10 Sistemas de admissão com turbosuperalimentador.

Na medida em que a massa de ar de admissão flui através dos tubos, seu calor é removido até atingir um grau de resfriamento, que possa ser tolerado pelo motor sem que ocorra detonação do combustível.

O controle sobre a massa de ar de resfriamento é exercido pelas comportas do resfriador intermediário, que regulam a quantidade de ar que passa sobre e em torno dos tubos cheios de ar quente.

Um turbosuperalimentador típico é composto de três partes principais: (1) O conjunto do compressor;

(2) O conjunto de turbina de gás;

(3) A carcaça da bomba e dos rolamentos.

Essas seções são mostradas na figura 211. Além dos conjuntos principais, há uma placa defletora entre a caixa do compressor e a turbina dos gases de escapamento, a qual direciona o ar de resfriamento para a carcaça da bomba e dos rolamentos, protegendo o compressor do calor irradiado pela turbina.

Em instalações onde não há quantidade suficiente de ar de resfriamento, o defletor é substituído por uma carenagem que recebe seu ar diretamente do sistema de admissão.

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O conjunto de compressão ("A" da figura 2-11) é formado por um impulsor, um difusor e uma carcaça.

Para o sistema de admissão, o ar entra através de uma abertura circular situada no centro da carcaça do compressor, onde ele é coletado pelas pás do impulsor e onde adquire velocidade à medida que se desloca para frente em direção do difusor.

As aletas do difusor direcionam o fluxo de ar, quando este deixa o impulsor e, também, converte a alta velocidade do ar em alta pressão.

A força motriz do impulsor vem da conexão do impulsor com o eixo da roda da turbina dos gases de escapamento. A esse conjunto completo chama-se rotor.

O rotor gira sobre um rolamento de esfera no lado posterior da bomba e num rolamento de roletes, no final da turbina. Esse rolamento suporta a carga radial (centrífuga) do rotor e os rolamentos de esfera apoiam o rotor da seção do impulsor e suportam toda a carga de empuxo (axial) e parte da carga radial.

O conjunto de turbina dos gases de escapamento ("B" da figura 2-11) consiste em uma roda de turbina, uma caixa de pulverizadores, uma válvula borboleta de desvio e tampa de refrigeração. A roda da turbina, acionada por gases de escapamento, move o impulsor. A caixa de pulverizadores coleta e direciona os gases de escapamento para a roda da turbina e a válvula borboleta de desvio regula a quantidade de gases de escapamento que são direcionados à turbina pela caixa de pulverizadores.

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A tampa de refrigeração controla o fluxo de ar para o resfriamento da turbina.

A válvula borboleta (figura 2-12) controla o volume dos gases de escapamento, que são direcionados à turbina e, desta forma, regulam a velocidade do rotor (turbina e impulsor). Se a válvula borboleta estiver totalmente fechada, toda a massa de gases de escapamento será "empurrada para trás" e forçada a passar através da caixa de pulverizadores e roda da turbina. Se essa válvula estiver parcialmente fechada, uma quantidade correspondente de gases de escapamento será direcionada à turbina.

Figura 2-12 Conjunto válvula de desvio.

Os pulverizadores da caixa permitem que os gases se expandam e atinjam uma alta velocidade antes de entrarem em contato com a roda da turbina.

Então direcionados, os gases de escapamento chocam-se contra as cubas, que estão dispostas radialmente em torno da borda externa da turbina, fazendo com que o rotor (turbina e impulsor) gire.

Os gases são, então, expulsos para a atmosfera através de espaços entre as cubas.

Quando a válvula borboleta encontra-se totalmente aberta, quase todo o gás de escapamento passa para a atmosfera através do duto localizado no cone de cauda.

2.2 TURBOALIMENTADORES

Em aeronaves leves, um número crescente de motores está sendo equipado com sistemas de superalimentação, acionados externamente.

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Esses superalimentadores recebem sua força da energia dos gases de escapamento e são, geralmente, denominados sistemas "turboalimentadores" ao invés de "turbosuperalimentadores". Em muitos motores de aeronaves pequenas, o sistema turboalimentador é projetado para operação apenas acima de uma determinada altitude, por exemplo, a 5.000 pés, se a força máxima disponível, sem o auxílio do superalimentador, for alcançada abaixo daquela altitude.

A localização dos sistemas de admissão e escapamento de ar, de um sistema turboalimentador típico, destinado a uma aeronave pequena é mostrada na figura 2-13.

Figura 2-13 Sistemas de admissão e escapamento de um motor com turboalimentador.

Sistema de Admissão de Ar

O sistema de admissão de ar mostrado na Figura 2-14 consiste em uma tomada de ar de impacto filtrado, localizada na lateral da nacele.

Uma porta de tomada de ar alternativa, localizada dentro da nacele, permite que a seção do compressor automaticamente admita ar por via alternativa (ar aquecido do compartimento do motor) caso haja obstrução do filtro de admissão.

A porta de ar alternativa pode ser operada manualmente na eventualidade de haver obstrução do filtro. Um turboalimentador acionado pelos gases de escapamento, montado separadamente, é incluído em cada sistema de admissão de ar.

O turboalimentador está automaticamente sob um controlador de pressão, para que seja mantida a pressão no duto, na marca aproximada de 34,5 in. Hg ao nível do mar em uma altitude crítica (tipicamente 16.000 pés), independentemente da temperatura. O

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turboalimentador é completamente automático, não requerendo do piloto qualquer ação até atingir a altitude crítica.

Figura 2-14 Esquema do sistema de admissão de ar.

Controladores e Atuador da Válvula de Desvio

O atuador da válvula de desvio e os controladores utilizam óleo do motor como sua fonte de força (ver diagrama do sistema turboalimentador na figura 2-15). O turboalimentador é controlado pela válvula de aceleração e o respectivo atuador e também por um controlador de pressão absoluta e de razão de mudança.

Um controlador de razão de pressão controla o atuador da válvula de desvio acima da altitude crítica de 16.000 pés. A válvula "Waste-gate" desvia os gases de escapamento do motor em torno da entrada da turbina de turboalimentação.

O atuador da válvula de desvio, que é fisicamente conectado à válvula por meios mecânicos, controla a posição da válvula borboleta de desvio.

O controlador de razão absoluta e o controlador de razão de mudança têm dupla função: (1) O controlador de pressão absoluta controla a pressão máxima de descarga do compressor (34± 0,5 in. Hg na altitude crítica, aproximadamente 16.000 pés);

(2) O controlador de razão de mudança controla a taxa em que deve ser aumentada a pressão de descarga do compressor do turboalimentador.

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Figura 2-15 Esquema de um típico sistema turboalimentador.

2.3 SISTEMA TURBOALIMENTADOR FORÇADO AO NÍVEL DO MAR

Alguns sistemas turboalimentadores são projetados para operar desde o nível do mar até sua altitude crítica. Esses motores, reforçados ao nível do mar, podem desenvolver mais potência que um motor sem turboalimentação.

A figura 2-16 é um esquema do sistema turboalimentador.

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Esse sistema é automaticamente regulado por três componentes: o conjunto de válvula de desvio de escapamento, o controlador de densidade e o controlador de pressão diferencial. Nota-se que alguns sistemas turboalimentadores não são equipados com tais recursos de controle automático, pois são semelhantes, em projeto e operação, ao sistema mostrado na figura 2-16, exceto pelo fato de terem a potência de saída do turboalimentador controlada manualmente. Uma potência de saída constante pode ser mantida regulando-se a posição da válvula de desvio do escapamento (wastegate), ou ainda na posição "totalmente aberta" ou "fechada" (Figura 2-16). Quando a válvula de desvio do escapamento está totalmente aberta, toda a massa de gases de escapamento é direcionada para se dissipar na atmosfera, não havendo ar sobre pressão para à entrada de ar do motor.

Do modo oposto, quando a válvula do escapamento está totalmente fechada, um volume máximo de gases de escapamento flui para a turbina do turboalimentador, proporcionando com isso uma superalimentação máxima.

Entre as duas posições extremas da válvula de escapamento, uma potência de saída constante pode ser conseguida abaixo da altitude máxima de operação projetada para o motor.

Existe uma altitude crítica para todo e qualquer ajuste de potência feito abaixo do teto máximo operacional e, se a aeronave for levada a uma altitude superior à máxima operacional sem que tenha sido feita a correspondente modificação no ajuste de potência, a válvula de escapamento irá automaticamente para a posição "totalmente fechada", em um esforço de manter uma potência de saída constante.

Deste modo, a mesma válvula de escapamento estará quase totalmente aberta operando ao nível do mar e continuará a mover-se para a posição "fechada" à medida que a aeronave subir, de modo a manter no duto o ajuste de pressão pré-selecionado. Quando a válvula de escapamento está totalmente fechada (deixando apenas uma pequena abertura para evitar aderência), a pressão na tubulação começará a cair caso a aeronave continue a subir. Se não for possível selecionar um ajuste de potência mais alto, a altitude crítica do turboalimentador terá sido atingida. Além dessa altitude, a potência de saída continuará a decrescer.

A posição da válvula de escapamento, que determina a potência de saída, é controlada pela pressão do óleo. A pressão de óleo do motor atua sobre um pistão, mecanicamente conectado ao conjunto de válvulas de escapamento.

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Quando a pressão do óleo é aumentada no pistão, a válvula de escapamento é movida para a posição "fechada" e a potência de saída do motor aumenta. Ao contrário, quando a pressão do óleo diminui, a válvula de escapamento move-se para a posição "aberta" e a potência de saída do motor diminui.

A posição do pistão, conectada à válvula de escapamento, depende da sangria do óleo que controla a pressão do óleo do motor, aplicada sobre o topo do pistão.

O óleo é devolvido ao cárter do motor através de dois dispositivos de controle: o controlador de densidade e o controlador de pressão diferencial. Esses dois controladores, atuando independentemente, determinam quando o óleo deve ser sangrado e retornado ao cárter do motor e assim estabelece a pressão do óleo sobre o pistão.

O controlador de densidade é destinado a limitar a pressão na tubulação, abaixo da altitude crítica do turboalimentador e regula a sangria de óleo somente na posição "manete a plena". Os foles sensores de pressão e temperatura do controlador de densidade reagem às mudanças de pressão e temperatura, entre a entrada do injetor de combustível e o compressor do turboalimentador.

Os foles, cheios com nitrogênio seco, mantêm uma densidade constante, permitindo que a pressão aumente à medida que há um aumento de temperatura.

O movimento dos foles reposiciona a válvula de sangria, causando uma alteração na quantidade de óleo sangrado, o que modifica a pressão do óleo sobre o topo do pistão da válvula de aceleração. Ver a figura 2-16.

O controlador de pressão diferencial funciona durante todos os posicionamentos da válvula de aceleração que sejam diferentes da posição "totalmente aberta", a qual é regulada pelo controlador de densidade. Um lado do diafragma no controlador de pressão diferencial sente a pressão do ar no fluxo anterior (upstream) à aceleração. O outro lado toma uma amostragem de pressão no lado da válvula de potência próximo ao cilindro (Figura 2-16).

Na posição da manete "totalmente aberta", quando o controlador de densidade regula a posição da válvula de aceleração, a pressão sobre o diafragma do controlador de pressão diferencial está em seu mínimo e a mola do controlador mantém a válvula de sangria fechada.

Na posição "potência parcial" o diferencial de ar é aumentado, abrindo assim a válvula de sangria para levar óleo ao cárter do motor e reposicionar o pistão da válvula de aceleração.

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Desse modo, ambos os controladores operam independentemente, para controlar a operação do turboalimentador em todas as posições de potência. Sem a função de ultrapassagem do controlador de pressão diferencial durante a operação de potência parcial, o controlador de densidade poderia posicionar a válvula de aceleração em potência máxima.

O controlador de pressão diferencial reduz a pressão na entrada do injetor e, continuamente, reposiciona a válvula durante todos os regimes de operação do motor. O controlador de pressão diferencial reduz a condição de instabilidade conhecida por "contra reação" durante a operação de potência parcial.

"Contra-reação" é uma indicação de mudança de potência desregulada, que resulta em uma flutuação contínua de pressão na tubulação.

Essa condição pode ser ilustrada, considerando-se a operação de um sistema quando a válvula de aceleração encontra-se totalmente fechada. Durante esse período, o controlador de pressão diferencial não está modulando a posição da válvula de aceleração.

Qualquer alteração mínima de potência causada por uma mudança de temperatura ou flutuação de r.p.m. será aumentada e resultará em uma modificação na pressão da tubulação, uma vez que uma pequena alteração fará com que se altere a quantidade dos gases de escapamento fluindo para a turbina. Qualquer alteração no fluxo de gases de escapamento fluindo para a turbina, ocasionará uma modificação na potência de saída, o que será refletido pelas indicações de pressão na tubulação.

A "contra-reação" é, desta forma, um ciclo indesejável de eventos de turboalimentação que leva a pressão da tubulação a flutuar na tentativa de alcançar um estado de equilíbrio. Às vezes o fenômeno "contra-reação" é confundido com uma condição conhecida por ("overboost"), mas a "contra-reação" não é uma condição que comprometa a vida do motor.

Uma condição de "sobrecarga" é aquela em que a pressão da tubulação excede aos limites prescritos para um determinado motor e pode, por este motivo, causar sérios danos. Assim, o controlador de pressão diferencial é necessário para que haja um funcionamento suave do turboalimentador de controle automático, uma vez que reduz a "contra-reação" pela redução do tempo requerido para trazer o sistema ao equilíbrio.

Um motor turboalimentado apresenta muito mais sensibilidade ao comando de potência do que um motor convencional. Um movimento rápido da manete de potência pode causar

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uma certa variação de pressão no duto em um motor turboalimentado. Essa condição, menos grave que a "contra-reação", é conhecida por sobrecarga.

Mesmo não sendo uma condição de perigo, ela pode ser um motivo de preocupação para o piloto ou operador, que selecione um determinado ajuste de pressão no duto, verificando, poucos segundos depois, que essa pressão oscilou e necessita de novo ajuste.

Uma vez que os controles automáticos não possam responder com rapidez suficiente às mudanças bruscas nos ajustes de potência, de modo a eliminar a inércia das mudanças de velocidade do turboalimentador, a sobrecarga deve ser eliminada pelo operador.

Isto pode ser conseguido ao se modificar lentamente os ajustes de potência, sempre dando ao sistema alguns segundos para alcançar um equilíbrio.

Fonte: IAC – Instituto de Aviação Civil – Divisão de Instrução Profissional

TABELA 1. Pesquisa de Panes em Sistema Turboalimentador

Esse procedimento aplica-se aos motores turboalimentados, independentemente do seu grau de sensibilidade aos ajustes de potência.

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A tabela 1 inclui as panes mais comuns do sistema turboalimentador, acompanhadas de uma descrição de causas e reparos.

Esses procedimentos de pesquisa de panes são apenas apresentados como um guia, não devendo, portanto, serem substituídos pelas instruções e procedimentos de pesquisa de panes aplicáveis, fornecidas pelo fabricante.

2.4 SISTEMAS COMPOSTOS COM TURBO PARA MOTORES CONVENCIONAIS

O motor composto com turbo consiste em um motor convencional, no qual turbinas movimentadas por gases de escapamento encontram-se acopladas ao eixo de manivela. Esse sistema de obtenção de força adicional é, às vezes, denominado sistema de recuperação de força da turbina (PRT-powerrecovery turbine).

Não é um sistema de superalimentação e não está conectado de qualquer maneira ao sistema de admissão de ar da aeronave. O sistema PRT permite que o motor recupere força/potência utilizando os gases de escapamento que, de outra forma, estariam sendo direcionados para a atmosfera.

Dependendo do tipo de motor, a quantidade de HP recuperada varia com a quantidade de potência aplicada. Tratando-se de motores convencionais grandes, é uma situação típica do sistema apresentar uma recuperação de 130 HP de cada uma das três turbinas.

A figura 2-17 mostra uma turbina de recuperação de potência conectada por engrenagens ao eixo de manivela do motor.

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Tipicamente, existem três turbinas de recuperação de potência em cada motor, dispostas a intervalos de 120º. Elas são numeradas em sentido horário, vistas no sentido de trás do motor para frente. A turbina nº 1 está localizada na posição 3 horas, e a turbina nº 3 fica na posição 11 horas.

A posição da turbina, em relação ao sistema de escapamento dos vários cilindros em um motor de 18 cilindros, é mostrada no esquema da figura 2-18.

Figura 2-18 Diagrama esquemático de um sistema PRT.

O coletor de gases de escapamento direciona os gases na roda da turbina. O eixo da turbina transmite a força para o eixo de manivela do motor, através das engrenagens e de seu acoplamento.

O acoplamento impede que a vibração de torção seja passada ao eixo de manivelas.

Devido ao seu elevado peso e custo, a serem considerados, os sistemas de turbinas de recuperação de potência são utilizados exclusivamente em motores convencionais grandes.

BRASIL. IAC – Instituto de Aviação Civil. Divisão de Instrução Profissional Matérias Básicas, tradução do AC 65-9A do FAA (Airframe & Powerplant Mechanics-General Handbook). Edição Revisada 2002.

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No próximo módulo iremos falar sobre os Sistemas de Admissão dos Motores à Reação e o Motor Convencional. Você irá conhecer os tipos de admissão de acordo com o tipo de motor instalado no avião.

Espero você! ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________

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Fonte: Vanderlei dos Reis

MÓDULO III

SISTEMAS DE ADMISSÃO DOS MOTORES À REAÇÃO

INTRODUÇÃO

Caro aluno,

No módulo anterior falamos sobre o sistema de Turbosuperalimentadores. Vimos sua finalidade e a de seus componentes.

Agora vamos falar a respeito dos Sistemas de Admissão do Motor à reação. Você verá que existem vários tipos de admissão de acordo com o tipo de avião, mais precisamente, de acordo com a velocidade de voo dos mesmos.

Iremos falar também sobre o Sistema de escapamento do Motor Convencional e os cuidados que devemos ter para sua preservação.

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41 3.1 SISTEMAS DE ADMISSÃO DO MOTOR À REAÇÃO

Embora não se possa estabelecer um paralelo direto, o duto de admissão de ar de um motor a turbina, de algum modo, assemelha-se ao sistema de admissão de ar dos motores convencionais.

A admissão de um motor convencional e o duto de admissão de um motor a turbina proporcionam um suprimento de ar de alta energia, relativamente livre de distorção e na quantidade requerida para o compressor. Um fluxo de ar contínuo e uniforme é necessário para evitar o estol do compressor e excessivas temperaturas internas do motor na turbina. A alta energia permite que o motor produza uma quantidade maior de empuxo. Normalmente, o duto de admissão de ar é considerado como uma parte integrante da estrutura do avião e não uma parte do motor. No entanto, esse duto é tão importante para o desempenho do motor, que precisa ser levado em conta qualquer discussão sobre o motor como um todo.

Um motor a turbina consome 10 vezes mais ar por hora que o motor convencional de tamanho equivalente. A passagem de entrada de ar é correspondentemente maior.

Além do mais, é mais crítica que uma tomada de ar de motor aspirado, no que se refere ao desempenho do motor e da aeronave, especialmente em altas velocidades.

Deficiências do duto resultam do aumento de perdas sucessivas, através de outros componentes do motor.

O duto de admissão de ar apresenta duas funções: uma para o próprio motor e outra para a aeronave.

Em primeiro lugar, deve ser capaz de admitir o máximo possível de pressão da corrente de ar livre e conduzir essa pressão à frente do motor com um mínimo de perda de pressão ou de diferencial. Isto é conhecido como recuperação de ar de impacto, ou ainda, como "recuperação total de pressão".

Em segundo lugar, o duto deve conduzir o ar uniformemente à entrada do compressor, com o mínimo possível de turbulência e variação de pressão. No que se refere à aeronave, o duto deve reduzir ao mínimo o seu efeito de arrasto.

Uma queda ou diferencial de pressão é causado pela fricção do ar ao longo das laterais do duto e pelas curvas no sistema.

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O fluxo suave depende do nível de turbulência ser mantido a um mínimo quando o ar entra no duto.

O duto deve apresentar uma secção suficientemente reta que possibilite em seu interior um fluxo de ar uniforme.

A escolha da configuração de entrada do duto é determinada pela localização do motor na aeronave, e ainda, a velocidade do ar, altitude e atitude em que a aeronave é projetada para operar. Há dois tipos básicos de duto de admissão: o duto de entrada única e o de entrada dividida.

Qualquer que seja o tipo do duto é essencial que a sua construção seja feita com muito cuidado. Da mesma forma em que o reparo da entrada do duto requer bastante atenção e habilidade, pois é surpreendente como pequenas quantidades de distorção do fluxo de ar podem resultar em uma considerável perda de eficiência do motor ou podem ainda resultar em por um estol do compressor aparentemente inexplicável.

Pontas de rebites que não estejam perfeitamente faceadas ou um trabalho mal realizado na chapa de metal podem comprometer totalmente o que, de outro modo, seria uma instalação de duto aceitável.

Duto de Entrada Única

O duto de entrada única é o mais simples e eficiente devido a sua entrada ficar localizada diretamente à frente do motor e da aeronave, que pode captar um fluxo de ar livre de turbulência.

A figura 2-19 ilustra a posição do duto de entrada única em um avião monomotor turbojato. Além disso, o duto pode ser construído em configuração reta ou apresentando apenas algumas discretas curvaturas. Na instalação feita em avião monomotor, em que o motor é montado na fuselagem, o duto é necessariamente longo. Se por um lado, pode haver uma pequena queda de pressão ocasionada pelo comprimento do duto, essa condição é superada pelas características que, por outro lado, permitem que haja no duto um fluxo de ar uniforme.

Em instalações de multimotores, é necessário que o duto seja curto, reto ou com um mínimo de curvatura. Embora o duto mais curto e sem curvaturas permita um mínimo de queda de pressão, o motor passa a ficar sujeito a sofrer os efeitos de turbulência na entrada

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da admissão de ar, particularmente em condições de baixa velocidade do ar ou acentuados ângulos de ataque.

Figura 2-19 Aeronave com duto de entrada única.

Duto de Entrada Dividida

As exigências dos aviões monomotores de alta velocidade, nos quais o piloto senta-se na parte baixa da fuselagem e próximo ao nariz, são dificuldades impostas para a utilização do duto de entrada única.

Pode ser necessária, então, alguma forma de duto de admissão com entrada dividida, com tomadas de ar nos dois lados da fuselagem.

Esse duto dividido pode apresentar suas entradas nas raízes das asas, ou uma em cada lado da fuselagem, conforme mostra a Figura 2-20. Qualquer desses tipos de duto oferece mais problemas ao projetista da aeronave do que os dutos de entrada única, por causa da dificuldade em se conseguir uma área de admissão de ar suficiente, que não venha a ser proibida devido à quantidade de arrasto que possa produzir. Internamente, o problema é o mesmo encontrado pelo duto de entrada simples, ou seja: o de construir um duto que tenha um comprimento razoável e, ao mesmo tempo, com o mínimo possível de curvaturas.

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Figura 2-20 Dois tipos de dutos de entrada dividida.

A localização da entrada de ar na raiz da asa de uma aeronave, em que a asa esteja bastante deslocada para trás, oferece um problema de projeto porque, embora curto, o duto deve apresentar uma curvatura considerável que possa entregar adequada demanda de ar para o compressor.

Geralmente são utilizadas tomadas de ar nas laterais da fuselagem. Essas tomadas são localizadas tão à frente quanto possível, para permitir que haja uma curvatura gradativa em direção à entrada do compressor, trazendo as características do fluxo de ar para condições próximas daquelas encontradas no duto de entrada simples.

Uma série de pequenas hastes é, às vezes, colocada na entrada de ar lateral para ajudar no direcionamento do fluxo de ar admitido, que deve continuar em linha reta para evitar turbulência.

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Duto de Geometria Variável

A função principal de um duto de admissão é fornecer a quantidade de ar adequada para o motor. Em um motor turbojato típico, a exigência de um fluxo de ar máximo são tais que o número "Mach" do fluxo de ar, diretamente acima da frente do motor fica em torno de 0,5 ou pouco menos.

Portanto, sob praticamente todas as condições de voo exceto decolagem e pouso, a velocidade do fluxo de ar deve sofrer uma redução, antes que o mesmo ar esteja pronto para entrar no compressor. Para se conseguir isso, os dutos de admissão são projetados para funcionar como difusores e, assim, diminuir a velocidade do ar e aumentar a sua pressão estática.

Para as aeronaves multimotoras subsônicas, um duto de admissão normal tem o seu tamanho aumentado em direção à sua extremidade posterior, conforme ilustra a figura 2-21.

Figura 2-21 Entrada de ar subsônica divergente.

Um difusor supersônico tem sua área progressivamente diminuída no sentido da continuação do fluxo de ar. Desta forma, um duto de admissão supersônico seguirá a configuração geral até que a velocidade do ar admitido seja reduzida para Mach 1.0. A partir daí, a secção posterior do duto começará a ter sua área aumentada, uma vez que esta parte deva funcionar como um difusor subsônico. (Ver a figura 2-22).